JPH0282111A - 車両方位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は車両搭載型のナビゲーションシステムに適用
される車両方位検出装置に関し、さらに詳しくは、ジャ
イロの出力を積分して車両の方位を検出する新規な車両
方位検出装置に関するものである。

〈従来の技術〉 従来からの車両搭載型のナビゲーションシステムに適用
される車両方位検出装置は、■地球の磁気を検出し、絶
対方位に対する車両の方位を検出する地磁気方位センサ
を使用するもの、■左右両輪の回転数の差に基いて回転
角度を検出するもの、■ジャイロの出力を積分して方位
を検出するもの等がある。

上記■■■による車両方位検出装置の内、ジャイロによ
るものが比較的精度が高い。以下、ジャイロによる車両
方位検出装置について述べる。

尚、現在において車両搭載用ジャイロとしては、プレセ
ツション軸の回転をダンパ、および電気的トルカにより
拘束して角速度に比例した値を出力するレートジャイロ
が使用されている。

第４図は１自由度のジャイロの概略図であり、ジャイロ
は、固定枠（ａ）にプレセツション軸（ｂ）を介してシ
ンバル（Ｃ）が取り付けられると共に、シンバル（Ｃ）
にジャイロロータ（ｄ）の回転軸（ｅ）が軸着された構
成である。そして、鉛直方向を入力軸（ｇ）としている
。尚、プレセツション軸（ｂ）の回転を図示しないダン
パ、電気的トルカにより拘束して、プレセツション軸（
ｂ）周りの回転モーメントとの釣り合いを保っている。

上記構成のジャイロであれば、ジャイロロータ（ｄ）が
回転軸（ｅ）周りに一定回転速度で回転している状態に
おいて、車両がある角速度で回転することにより、ジャ
イロロータ（ｄ）が入力軸周りに車両の回転角速度で回
転する。プレセション運動によりプレセツション軸（ｂ
）周りに角運動量の変化を生ずる。そして、プレセツシ
ョン軸（ｂ）はダンパ、および電気的トルカにより拘束
され入力角速度に比例した角度Ωで釣り合う。即ち、角
変位Ωは、入力軸周りの角速度に比例した値となる。

この角変位Ωを車両の角速度とｌ−で検出することがで
きる。

従って、下式Ｈにより、角速度Ωを車両の回転開始時間
ｔ１から回転終了時間ｔ２まで積分することにより、車
両の角度変化△θを検出することができる。

△θ−Ｊ”Ｚ　　Ｑ　（ｔ）ｄｔ　　　　　　　　　　
　［１）ｌ また、出発点時刻ｔｏでの方位をθ０とすると時刻ｔに
おける車両方位θは、下式［１）で与えられる。

θ−θ０＋ｆｔａΩ（ｔＭｔ　　　　　　　［Ｉ［］〈
発明が解決しようとする課題〉 上記［１［）式に従って車両の方位を検出するには、プ
レセツション軸（ｂ）が水平にされていること、即ち人
力軸が重力方向にされていることが条件である。

しかしながら、車両が坂道走行する場合や横ロールした
場合には、車両が傾斜ｊ７、入力軸（ｇ）が車両の傾斜
角度ψに応じて変位する（第５図参照）プレセツション
軸（ｂ）は入力軸周りの角速度を積分した値であるから
、真の角速度をΩとすると、出力値はΩＸ　　ｅＯ８ψ
となり、この角速度に基いて積分すると、誤差が生ずる
という問題がある。

この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
車両の傾斜による方位検出誤差を防止することを可能に
する車両方位検出装置を提供することを目的としている
。

く問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための車両方位検出装置は、車両
の前後方向の傾き角度ψを検出する傾斜センサと、ジャ
イロの出力にｓｅｅψを乗算して車両の傾斜に対応させ
てジャイロの出力を補正する演算処理手段とを有するも
のである。

但し、上記演算処理手段が、走行速度センサからの車両
の速度信号を微分して車両の直線加速度を算出し、算出
された直線加速度に基いて傾斜センサにより検出される
見掛上の傾斜角度を真の傾斜角度に補正するものであっ
てもよい。

〈作用〉 以上の車両方位検出装置によれば、ジャイロの出力Ωを
積分して車両の方位を検出する場合において、傾斜セン
サにより、車両の傾き角度ψを検出し、さらに、演算処
理手段がジャイロの出力Ωにｓｅｅψを乗算しているの
で、車両の傾斜による誤差成分を含んだジャイロの出力
（Ωｘ　ｃｏｓψ）を、真の回転角速度Ωに補正するこ
とができる。

また、上記演算処理手段が、走行速度センサからの車両
の速度信号を微分して車両の直線加速度を算出し、算出
された直線加速度に基いて傾斜センサにより検出される
見掛上の傾斜角度を真の傾斜角度に補正するものである
場合には、車両の直線加速度（加速、或は減速）により
発生する傾斜角度検出誤差を減少させることができるの
で、方位検出誤差も減少させることができる。

〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図はこの発明に係る車両方位検出装置を車両内に搭
載した実施例を示す図であり、車両方位検出装置は、ジ
ャイロ（１）、および傾斜センサ（２）を車両内の所定
の位置に水平に取り付けると共に、上記ジャイロ（］）
、傾斜センサ（２）からの各検出信号に基いて車両の方
位を算出する演算処理装置（３）を車両の適所に搭裁し
た構成である。

さらに詳細に説明すれば、ジャイロ（１）は、車両の回
転角速度Ω′を検出するものであり、既に第４図で示し
たジャイロ、或は積分ジャイロを使用することが可能で
ある。

傾斜センサ（２）は、重力方向と重り（２１）方向との
ずれ角度により車両の傾斜角度ψを検出するものである
。

演算処理装置（３）は、ジャイロ（１）により検出され
る回転角速度Ω′、および傾斜センサ（２）により検出
される傾斜角度ψを入力とし、Ω’　ｘ　　ｓｅｅψな
る演算を行なって、真の回転角速度Ωを算出する角速度
補正部（３１）と、真の回転角速度Ωを積分して車両の
方位を検出する方位検出部（３２）とを有する。

上記構成の車両方位検出装置の動作は、次の通りである
。即ち、ジャイロ（１）により、車両の回転角速度Ω′
を検出すると共に、傾斜センサ（２）により、重力方向
と重り（２１）方向とのずれ角度により車両の傾斜角度
ψを検出する。

次いで、角速度補正部（３１）において、傾斜センサ（
２）からの傾斜角度ψ、ジャイロ（１）からの回転角速
度Ω′を入力として、Ω’　ｘ　ｓｅａψなる演算を行
なって、真の回転角速度Ωを算出する。即ち、ジャイロ
（１）からの回転角速度Ω′は、傾斜角度ψの誤差を含
んでいるので、真の回転角速度をΩとすると、Ω′はΩ
Ｘ　ｅＯ９ψなる値を示すことになる。このまま角速度
Ω′を積分すると、方位誤差が大きくなるが、ΩＸ　ｅ
Ｏ３ψＸ　　Ｓｅｅψなる演算を行なうことにより、真
の回転角速度Ωを求めることができる。

そして、方位検出部（３２）において、角速度補正部（
３１）から供給される真の回転角速度Ωを下式（Ｉ［）
にあてはめて、車両の方位を検出することにより、車両
方位検出誤差を少なくすることができる。

θ−θθ十ｆｔＺ　　Ω（ｔ　）　ｄｔ　　　　　　　
　（Ｉ［）即ち、上記実施例の車両方位検出装置によれ
ば、坂道走行等により車両が傾斜した場合に、傾斜セン
サ（２）により車両の傾斜角度ψを検出し、角速度補正
部（３１）において、Ω’ｘｓｅｃψなる演算処理を行
なって、真の角速度Ωを算出することができるから、車
両方位検出誤差を少なくすることができる。

第２図は他の実施例を示すブロック図であり、上記第１
図の実施例との相違は、演算処理装置（３）が、走行速
度センサ（４）により検出される車両の速度Ｖを微分し
て車両の直線加速度αを検出する加速度検出部（３３）
と、直線加速度α、および傾斜センサ（２）により検出
された見掛けの傾斜角度ψ′を入力とし、車両の直線加
速度αにより生ずる誤差を補正し、真の傾斜角度ψを算
出する傾斜角補正部（３４）とを有している点である。

即ち、車両が加速度運動（減速、或は加速）をしている
場合には、傾斜センサ（２）の重り（２１）が加速度の
影響を受けて真の傾斜角度ψとずれてしまう。このずれ
を上記傾斜角補正部（３４）により補正している。

上記構成の車両方位検出装置の動作は、次の通りである
。即ち、ジャイロ（１）により、車両の回転角速度Ω′
を検出し、傾斜センサ（２）により、重力方向と重り（
２１）方向とのずれ角度により車両の見掛上の傾斜角度
ψ′を検出し、走行速度センサ（４）により、車両の走
行速度■を検出する。

そして、加速度検出部（３３）は、走行速度センサ（４
）からの車両の速度信号Ｖを微分して車両の直線加速度
αを検出し、傾斜角補正部（３４）に供給する。

次に、傾斜角補正部（３４）は、加速度検出部（３３）
からの直線加速度α、および傾斜センサ（２）からの見
掛上の傾斜角度ψ′を入力とし、見掛上の傾斜角度ψ′
から加速度αにより生ずる誤差分を補正して、真の傾斜
角度ψを算出する。

次いで、角速度補正部（３１〉は、傾斜角補正部（３４
）から供給される真の傾斜角度ψに基いて、ジャイロ（
１）からの回転角速度Ω′　（傾斜角度ψの誤差を含ん
でいる）にＳｅＣψを乗算し、真の回転角速度Ωを算出
する。

従って、方位検出部（３２）は角速度補正部（３１）か
ら供給される真の回転角速度Ωを式（１）にあてはめて
、車両の方位を検出することができる。

上記傾斜角補正部（３４）の動作に関し、第３図を参照
してさらに詳細に説明する。

第３図は傾斜角度誤差の補正を説明するための図であり
、矢印Ａ方向に加速度αで車両が進行し、しかも道路が
角度ψで傾斜している状態を示している。

この場合において傾斜センサ（２）は加速度αの影響を
受けるので、傾斜センサ（２）により検出される傾斜角
度ψ′には、加速度αによる誤差が含まれ、重力ｇ方向
に対してψ′−ψ角度づれている。このまま角速度補正
部（３１）でΩ’　ｘ　ｓｅｅψ′なる演算を行なうと
共に、方位検出部（３２）で積分すると、方位検出誤差
を含むことになる。

そこで、傾斜角補正部（３４）において加速度αと傾斜
角度ψ′とを入力とし、図示しないメモリに格納されて
いる所定の演算式（下式圓参照）に基いて、真の傾斜角
度ψを求め、角速度補正部（３１）に供給する。

上記演算式は、次のようにして求められる。

まず、道路の鉛直方向の成分ｇ　ｃｏｓψを求める。

ｇ　　ｃｏｓψ −（ｇ　ｃｏｓ（ψ′　−ψ）＋ａ　　ｓｉｎψ’　　
１ｃｏｓψ′ｌｌＩ１ｇ（ＣＯ８ψ’　　　ｅＯ８ψ＋
ｓｉｎψ’　　　ｓｉｎψｌ　　ｃｏｓ　　ψ′＋α　
ｓ１ｎψ’　　ＣＯ８ψ′ −ｇｃＯ５２ψ’　　　ｅＯ８ψ＋ｇｓｌｎψ’　　ｃ
ｏｓ　　ψ’　　　ｓ１ｎψ＋α　ｓ１ｎψ’　　ａｏ
ｓ　　ψ′ 上式をさらに、変形して ａ　　ｓｉｎψ’　ｅＯ８ψ’−ｃｏｓψ　ｇ（１−ｃ
ｏｓ　２ψ′）ｇ　ｓｉｎψ　ｓｉｎψ’　ｅＯ８ψ′
なる式を得る、 ここで、Ａ＝　ｇ（１−ｃｏｓ　２ψ′）Ｂ−ｇｓｌｎ
ψ’　ｃｏｓψ′ Ｃ−ａｓＩｎψ’　ｃｏｓψ′ とすると、 Ａ　　ｃｏｓψ−Ｂ　　ｓｉｎψ−ＩＣＡ　　＋　　　
５ｉｎ（ψ＋β）−Ｃとなる。

但し、β−ｔａｎ−’　　（Ａ／　Ｂ　　）とする。

従って、真の傾斜角度ψは下式圓により求められる。

ψ−５ｉｎ−’　　（Ｃ／　　Ａ　　＋　　　）−ｔａ
ｎ−’　　（−Ａ／Ｂ　　）　　　　　　　　　　　Ｏ
Ｉ）即ち、車両が等速度で走行している場合には、加速
度による誤差は生じないので、方位検出誤差は生じない
。従って、坂道走行等により車両が傾斜した場合にのみ
、Ω’ｘｓｅｃψなる演算処理を行なって、真の角速度
Ωを算出することができる。

尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば、ジャイロと、地磁気方位センサ等を併用する
ことが可能であり、その他この発明の要旨を変更しない
範囲において、種々の設計変更を度越すことが可能であ
る。

〈発明の効果〉 以上のようにこの発明の車両方位検出装置によれば、傾
斜センサにより、車両の傾き角度ψを検出し、さらに、
演算処理手段がジャイロの出力に５ｆ３ｅψを乗算して
いるので、車両の傾斜による誤差成分を含んだジャイロ
の出力（ΩＸ　ｅＯ８ψ）を、真の回転角速度Ωに補正
することができ、車両の傾斜による方位検出誤差を防止
することを可能にするという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る車両方位検出装置を車両に搭載
した実施例を示す図、 第２図はこの発明に係る車両方位検出装置のブロック図
、 第３図は加速度による傾斜角度誤差の補正を説明する図
、 第４図はジャイロの概略図、 第５図は車両が傾斜した時における方位検出誤差を説明
する図。 （１）・・・ジャイロ、（２）・・・傾斜センサ、（３
）・・・演算処理装置、（４）・・・走行速度センサ、
（３１）・・・角速度補正部、（３３）・・・加速度検
出部、（３４）・・・傾斜角補正部 特許出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．ジャイロの出力を積分して車両の方位 を検出する車両方位検出装置において、 車両の傾き角度ψを検出する傾斜センサ と、ジャイロの出力にｓｅｃφを乗算して 車両の傾斜に対応させてジャイロの出力 を補正する演算処理手段とを有すること を特徴とする車両方位検出装置。
2. ２．上記演算処理手段が、走行速度センサ からの車両の速度信号を微分して車両の 直線加速度を算出し、算出された直線加 速度に基いて傾斜センサにより検出され る見掛上の傾斜角度を真の傾斜角度に補 正するものである上記特許請求の範囲第 １項記載の車両方位検出装置。